JPH11138794A - 液体噴射記録装置 - Google Patents
液体噴射記録装置Info
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- JPH11138794A JPH11138794A JP30467297A JP30467297A JPH11138794A JP H11138794 A JPH11138794 A JP H11138794A JP 30467297 A JP30467297 A JP 30467297A JP 30467297 A JP30467297 A JP 30467297A JP H11138794 A JPH11138794 A JP H11138794A
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- Japan
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- electrode
- dielectric
- diaphragm
- recording apparatus
- jet recording
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- Pending
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14314—Structure of ink jet print heads with electrostatically actuated membrane
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 静電力型のインクジェット記録装置における
低電圧駆動を安定して実現する。 【解決手段】 液室１３を構成する壁面の一部が振動板
１４を兼ねており、振動板１４の変形により液室１３内
の体積変化が生じ、液室１３内に充填されたインクがノ
ズル１５から吐出する。振動板１４の変形は、該振動板
１４の裏面に設けられた第１電極１６と該第１電極１６
と離間して設けられた第２電極１８の間に作用する静電
力によってもたらされる。第１電極１６と第２電極１８
の間に誘電体２０を介在させており、誘電率εの大きい
誘電体２０をギャップ中に介在させることで電極１６，
１８間のギャップ長を小さくすることなく駆動電圧を小
さくすることができる。
低電圧駆動を安定して実現する。 【解決手段】 液室１３を構成する壁面の一部が振動板
１４を兼ねており、振動板１４の変形により液室１３内
の体積変化が生じ、液室１３内に充填されたインクがノ
ズル１５から吐出する。振動板１４の変形は、該振動板
１４の裏面に設けられた第１電極１６と該第１電極１６
と離間して設けられた第２電極１８の間に作用する静電
力によってもたらされる。第１電極１６と第２電極１８
の間に誘電体２０を介在させており、誘電率εの大きい
誘電体２０をギャップ中に介在させることで電極１６，
１８間のギャップ長を小さくすることなく駆動電圧を小
さくすることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体噴射記録装
置、より詳細には、静電力を利用したインクジェット記
録装置に関し、例えば、複写機、ファックス、プリン
タ、プロッター等の記録ヘッド、マイクロポンプ等に利
用可能な静電アクチュエータに関する。
置、より詳細には、静電力を利用したインクジェット記
録装置に関し、例えば、複写機、ファックス、プリン
タ、プロッター等の記録ヘッド、マイクロポンプ等に利
用可能な静電アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】オンデマンド型のインクジェット記録技
術には、インクを充填した液室の壁の一部に圧電体を配
置し、該圧電体への電圧印加により液室内の体積を変化
させて圧力を高め、インクを吐出する方式（ピエゾオン
デマンド型インクジェット記録装置）や、通電によって
発熱する発熱体を液室内に設け、該発熱体の発熱により
生じる気泡によって液室内の圧力を高め、インクを吐出
する方式（バブルジェットインクジェット記録装置）が
広く知られている。また、これらの方式の課題を解決
し、更なる小型高密度、高速印字、高品質印字、長寿
命、高信頼性を実現する方式として、静電力によって液
室の体積変化を生ぜしめてインクを吐出する方式（静電
力型インクジェット記録装置）が新たに提案されてい
る。
術には、インクを充填した液室の壁の一部に圧電体を配
置し、該圧電体への電圧印加により液室内の体積を変化
させて圧力を高め、インクを吐出する方式（ピエゾオン
デマンド型インクジェット記録装置）や、通電によって
発熱する発熱体を液室内に設け、該発熱体の発熱により
生じる気泡によって液室内の圧力を高め、インクを吐出
する方式（バブルジェットインクジェット記録装置）が
広く知られている。また、これらの方式の課題を解決
し、更なる小型高密度、高速印字、高品質印字、長寿
命、高信頼性を実現する方式として、静電力によって液
室の体積変化を生ぜしめてインクを吐出する方式（静電
力型インクジェット記録装置）が新たに提案されてい
る。
【０００３】例えば、特開平５−５０６０１号公報に記
載のインクジェット記録装置では、シリコンからなる中
基板にエッチングによりノズル、吐出室、インク流路お
よび振動板を形成する凹部を一体的に形成し、インク供
給口を有する上基板と、中基板の凹部に対応して電極が
設けられた下基板とを接合することによりヘッドを構成
し、振動板と電極間への電圧印加により振動板を変形さ
せてインクを吐出する静電力型のインクジェット記録装
置が提案されている。この静電力型のインクジェット記
録装置では、低電圧駆動のためには、静電力を得る対向
する平行電極間の距離を可能な限り小さくすることが必
要であるが、このような微小ギャプで放電、リークせず
に安定して静電力を得ることは容易ではない。
載のインクジェット記録装置では、シリコンからなる中
基板にエッチングによりノズル、吐出室、インク流路お
よび振動板を形成する凹部を一体的に形成し、インク供
給口を有する上基板と、中基板の凹部に対応して電極が
設けられた下基板とを接合することによりヘッドを構成
し、振動板と電極間への電圧印加により振動板を変形さ
せてインクを吐出する静電力型のインクジェット記録装
置が提案されている。この静電力型のインクジェット記
録装置では、低電圧駆動のためには、静電力を得る対向
する平行電極間の距離を可能な限り小さくすることが必
要であるが、このような微小ギャプで放電、リークせず
に安定して静電力を得ることは容易ではない。
【０００４】図７は、静電力型インクジェット記録装置
の一例を説明するための要部概略構成図で、図中、１１
は上基板、１２は下基板で、上基板１１は、液（イン
ク）室１３、該液室１３の一部を構成する振動板１４、
該振動板１４が変形して液室１３内の液に圧力が加えら
れた時に液（インク）を噴射するノズル１５、振動板１
４の外側（下側）に設けられた第１電極１６等から成
り、また、下基板１２には、前記第１電極１６より広い
面積の凹部１７が設けられており、この凹部１７内に、
前記第１電極１６と対向して第２電極１８が間隔Ｇを置
いて配設されており、これら上基板１１と下基板１２
は、図示のように、第１電極１６と第２電極１８とが対
向するように接合されている。
の一例を説明するための要部概略構成図で、図中、１１
は上基板、１２は下基板で、上基板１１は、液（イン
ク）室１３、該液室１３の一部を構成する振動板１４、
該振動板１４が変形して液室１３内の液に圧力が加えら
れた時に液（インク）を噴射するノズル１５、振動板１
４の外側（下側）に設けられた第１電極１６等から成
り、また、下基板１２には、前記第１電極１６より広い
面積の凹部１７が設けられており、この凹部１７内に、
前記第１電極１６と対向して第２電極１８が間隔Ｇを置
いて配設されており、これら上基板１１と下基板１２
は、図示のように、第１電極１６と第２電極１８とが対
向するように接合されている。
【０００５】上記液体噴射記録装置においては、液室１
３を構成する壁面の一部が振動板１４を兼ねており、振
動板１４の変形により液室１３内の体積変化が生じ、液
室１３内に充填されたインクがノズル１５から吐出す
る。振動板１４の変形は、該振動板１４の裏面に設けら
れた第１電極１６と該第１電極１６と離間して設けられ
た第２電極１８の間に作用する静電力によってもたらさ
れる。この場合、第１電極１６と第２電極１８のギャッ
プＧを小さくするほど、また、振動板１４の板厚を薄く
するほど低電圧で振動板１４を変位させることができ
る。また、駆動電圧は振動板１４の幅、長さにもよる
が、小型、高解像度のインクジェットプリンタヘッドを
想定した場合、振動板１４のサイズを小さくすることが
必要で、サイズを大きくすることで低電圧駆動を実現す
ることは難しい。また、振動板１４の板厚が薄すぎると
振動板１４の剛性が減少してインクを吐出できなくなっ
てしまう。したがって、小型、高解像度、低電圧駆動の
インクジェットヘッドを実現するには、電極間のギャッ
プＧをいかに小さくするかが大きな課題である。１００
［Ｖ］以下程度の電圧で駆動するには、２〜３［μｍ］
以下の微小ギャップを形成しなければならないのが現実
であるが、このくらいの微小ギャップにおいては放電、
リークなどが生じやすい。
３を構成する壁面の一部が振動板１４を兼ねており、振
動板１４の変形により液室１３内の体積変化が生じ、液
室１３内に充填されたインクがノズル１５から吐出す
る。振動板１４の変形は、該振動板１４の裏面に設けら
れた第１電極１６と該第１電極１６と離間して設けられ
た第２電極１８の間に作用する静電力によってもたらさ
れる。この場合、第１電極１６と第２電極１８のギャッ
プＧを小さくするほど、また、振動板１４の板厚を薄く
するほど低電圧で振動板１４を変位させることができ
る。また、駆動電圧は振動板１４の幅、長さにもよる
が、小型、高解像度のインクジェットプリンタヘッドを
想定した場合、振動板１４のサイズを小さくすることが
必要で、サイズを大きくすることで低電圧駆動を実現す
ることは難しい。また、振動板１４の板厚が薄すぎると
振動板１４の剛性が減少してインクを吐出できなくなっ
てしまう。したがって、小型、高解像度、低電圧駆動の
インクジェットヘッドを実現するには、電極間のギャッ
プＧをいかに小さくするかが大きな課題である。１００
［Ｖ］以下程度の電圧で駆動するには、２〜３［μｍ］
以下の微小ギャップを形成しなければならないのが現実
であるが、このくらいの微小ギャップにおいては放電、
リークなどが生じやすい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、静電力
インクジェット記録装置では低電圧駆動のためには、静
電力を得る対向する平行電極間の距離を可能な限り小さ
くすることが必要であるが、このような微小ギャップで
放電、リークせずに安定して静電力を得ることは容易で
はない。
インクジェット記録装置では低電圧駆動のためには、静
電力を得る対向する平行電極間の距離を可能な限り小さ
くすることが必要であるが、このような微小ギャップで
放電、リークせずに安定して静電力を得ることは容易で
はない。
【０００７】本発明は、上述のごとき実情に鑑みて、静
電力型のインクジェット記録装置における低電圧駆動を
安定して実現することを目的としてなされたもので、請
求項１及び２の発明は、所望の静電力を得るために電圧
の増加を伴わずに電極間距離を大きくして有効に放電を
回避すること、請求項３乃至５の発明は、放電が生じに
くく且つ振動板の変形に最も効果的な電極の中央部に電
界を集中させること、請求項６の発明は、電極端部等に
電界集中が生じにくいようにすること、を目的としてな
されたものである。
電力型のインクジェット記録装置における低電圧駆動を
安定して実現することを目的としてなされたもので、請
求項１及び２の発明は、所望の静電力を得るために電圧
の増加を伴わずに電極間距離を大きくして有効に放電を
回避すること、請求項３乃至５の発明は、放電が生じに
くく且つ振動板の変形に最も効果的な電極の中央部に電
界を集中させること、請求項６の発明は、電極端部等に
電界集中が生じにくいようにすること、を目的としてな
されたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ノズ
ルを有する液室の一部に形成された振動板と、該振動板
に設けられた第１の電極と、該第１の電極と微小間隔隔
てて対向して設けられた第２の電極とを有し、該第１の
電極と第２の電極との間に電位差を生ぜしめて静電力で
前記振動板を変形させて前記ノズルからインクを吐出さ
せて記録を行う液体噴射記録装置において、前記第１の
電極と前記第２の電極の間に誘電体を介在させることを
特徴とし、もって、所望の静電力を得るために、電圧の
増加を伴わずに電極間距離を大きくすると共に有効に放
電を回避するようにしたものである。
ルを有する液室の一部に形成された振動板と、該振動板
に設けられた第１の電極と、該第１の電極と微小間隔隔
てて対向して設けられた第２の電極とを有し、該第１の
電極と第２の電極との間に電位差を生ぜしめて静電力で
前記振動板を変形させて前記ノズルからインクを吐出さ
せて記録を行う液体噴射記録装置において、前記第１の
電極と前記第２の電極の間に誘電体を介在させることを
特徴とし、もって、所望の静電力を得るために、電圧の
増加を伴わずに電極間距離を大きくすると共に有効に放
電を回避するようにしたものである。
【０００９】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記第１の電極と第２の電極の間隔ｄと前記誘電体
の厚さｔと前記振動板の変位δの関係が略ｄ−ｔ≒δで
あることを特徴とし、もって、所望の静電力を得るため
に電圧の増加を伴わずに電極間距離を大きくすると共に
有効に放電を回避するようにしたものである。
て、前記第１の電極と第２の電極の間隔ｄと前記誘電体
の厚さｔと前記振動板の変位δの関係が略ｄ−ｔ≒δで
あることを特徴とし、もって、所望の静電力を得るため
に電圧の増加を伴わずに電極間距離を大きくすると共に
有効に放電を回避するようにしたものである。
【００１０】請求項３の発明は、請求項１又は２の発明
において、前記第１の電極と第２の電極のいずれか一方
あるいは両方の対向面の中央部付近のみに誘電体を有す
ることを特徴とし、もって、放電が生じにくく且つ振動
板の変形に最も効果的な電極の中央部に電界を集中させ
るようにしたものである。
において、前記第１の電極と第２の電極のいずれか一方
あるいは両方の対向面の中央部付近のみに誘電体を有す
ることを特徴とし、もって、放電が生じにくく且つ振動
板の変形に最も効果的な電極の中央部に電界を集中させ
るようにしたものである。
【００１１】請求項４の発明は、請求項１又は２の発明
において、前記第１の電極と第２の電極のいずれか一方
あるいは両方の対向面の中央部付近に第１の誘電体を有
し、端部付近に第２の誘電体を有し、該第１の誘電体の
誘電率ε１と第２の誘電体の誘電率ε２の関係がε１＞
ε２であることを特徴とし、もって、放電が生じにくく
且つ振動板の変形に最も効果的な電極の中央部に電界を
集中させるようにしたものである。
において、前記第１の電極と第２の電極のいずれか一方
あるいは両方の対向面の中央部付近に第１の誘電体を有
し、端部付近に第２の誘電体を有し、該第１の誘電体の
誘電率ε１と第２の誘電体の誘電率ε２の関係がε１＞
ε２であることを特徴とし、もって、放電が生じにくく
且つ振動板の変形に最も効果的な電極の中央部に電界を
集中させるようにしたものである。
【００１２】請求項５の発明は、請求項１又は２の発明
において、前記第１の電極と第２の電極のいずれか一方
あるいは両方の対向面の中央部付近に第１の誘電体を有
し、端部付近に第２の誘電体を有し、前記第１の誘電体
の厚みｔ１と第２の誘電体の厚みｔ２の関係がｔ１＞ｔ
２であることを特徴とし、もって、放電が生じにくく且
つ振動板の変形に最も効果的な電極の中央部に電界を集
中させるようにしたものである。
において、前記第１の電極と第２の電極のいずれか一方
あるいは両方の対向面の中央部付近に第１の誘電体を有
し、端部付近に第２の誘電体を有し、前記第１の誘電体
の厚みｔ１と第２の誘電体の厚みｔ２の関係がｔ１＞ｔ
２であることを特徴とし、もって、放電が生じにくく且
つ振動板の変形に最も効果的な電極の中央部に電界を集
中させるようにしたものである。
【００１３】請求項６の発明は、請求項１又は２の発明
において、前記第１の電極と第２の電極の少なくとも一
方の対向電極に対する投影形状の一部が曲面であること
を特徴とし、もって、電極端部等に電界集中が生じにく
いようにしたものである。
において、前記第１の電極と第２の電極の少なくとも一
方の対向電極に対する投影形状の一部が曲面であること
を特徴とし、もって、電極端部等に電界集中が生じにく
いようにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による静電力型イ
ンクジェット記録装置の一実施形態を説明するための要
部概略構成図で、図中、２０は誘電体で、その他、図７
に示した従来技術と同様の作用をする部分には、図７の
場合と同一の参照番号が付してある。
ンクジェット記録装置の一実施形態を説明するための要
部概略構成図で、図中、２０は誘電体で、その他、図７
に示した従来技術と同様の作用をする部分には、図７の
場合と同一の参照番号が付してある。
【００１５】本発明は、図１に示したように、第１電極
１６と第２電極１８の間に誘電体２０を介在させてお
り、これらの間に働く静電力ｆはｆ＝０.５×ε×（Ｖ
／ｔ）2で表わせる。ここで、εはギャップを形成する
物質の誘電率、Ｖは電極間の電位差、ｔは電極間距離で
ある。したがって、εの大きい誘電体をギャップ中に介
在させることでギャップ長を小さくすることなく駆動電
圧Ｖを小さくすることができる。当然のことながら、誘
電体２０の誘電率は大きいほうが効果が大きく、ＰＺＴ
等の強誘電体が最も望ましい。誘電率の大きな誘電体２
０を用いた場合には、誘電体２０を厚く形成して電極間
の実質ギャップが増加しても、空気層の厚みが等しけれ
ばほぼ等しい静電力を作用させることができる。このよ
うに誘電体層を厚くすることで、放電回避に対しても有
効となる。以上より、低電圧駆動のために最も有効な誘
電体の厚みｔは、振動板の変位をδ、電極間距離をｄと
して、ｄ−ｔ＝δの式を満たすｔで表わされる。
１６と第２電極１８の間に誘電体２０を介在させてお
り、これらの間に働く静電力ｆはｆ＝０.５×ε×（Ｖ
／ｔ）2で表わせる。ここで、εはギャップを形成する
物質の誘電率、Ｖは電極間の電位差、ｔは電極間距離で
ある。したがって、εの大きい誘電体をギャップ中に介
在させることでギャップ長を小さくすることなく駆動電
圧Ｖを小さくすることができる。当然のことながら、誘
電体２０の誘電率は大きいほうが効果が大きく、ＰＺＴ
等の強誘電体が最も望ましい。誘電率の大きな誘電体２
０を用いた場合には、誘電体２０を厚く形成して電極間
の実質ギャップが増加しても、空気層の厚みが等しけれ
ばほぼ等しい静電力を作用させることができる。このよ
うに誘電体層を厚くすることで、放電回避に対しても有
効となる。以上より、低電圧駆動のために最も有効な誘
電体の厚みｔは、振動板の変位をδ、電極間距離をｄと
して、ｄ−ｔ＝δの式を満たすｔで表わされる。
【００１６】図２は、本発明の他の実施形態を説明する
ための要部構成図で、この図２に示した実施例では、誘
電体２０を電極の中央部にのみ設けている。このように
することで、電界が振動板１４の変形に効果的な中央部
に集中し、逆に、振動板１４の変形にはあまり寄与せず
放電の可能性が高い電極端部の電界が弱まるので放電の
危険性が減少する。
ための要部構成図で、この図２に示した実施例では、誘
電体２０を電極の中央部にのみ設けている。このように
することで、電界が振動板１４の変形に効果的な中央部
に集中し、逆に、振動板１４の変形にはあまり寄与せず
放電の可能性が高い電極端部の電界が弱まるので放電の
危険性が減少する。
【００１７】図３は、本発明の更に他の実施形態を説明
するための要部概略構成図で、この図３に示した実施例
は、電極中央部に第１誘電体２０ａを設け、電極端部に
第２誘電体２０ｂを設けたものである。ここで、誘電体
２０ａの誘電率εａと誘電体２０ｂの誘電率εｂはεａ
＞εｂとなるようにする。このようにすることで、電界
が振動板１４の変形に効果的な中央部に集中し、逆に振
動板１４の変形にはあまり寄与せず放電の可能性が高い
電極端部の電界が弱まるので放電の危険性が減少する。
するための要部概略構成図で、この図３に示した実施例
は、電極中央部に第１誘電体２０ａを設け、電極端部に
第２誘電体２０ｂを設けたものである。ここで、誘電体
２０ａの誘電率εａと誘電体２０ｂの誘電率εｂはεａ
＞εｂとなるようにする。このようにすることで、電界
が振動板１４の変形に効果的な中央部に集中し、逆に振
動板１４の変形にはあまり寄与せず放電の可能性が高い
電極端部の電界が弱まるので放電の危険性が減少する。
【００１８】図４は、本発明の更に他の実施形態を説明
するための要部概略構成図で、この図４に示した実施例
は、電極中央部付近の第１誘電体２０ａの厚さよりも電
極端部の第２誘電体２０ｂの厚さを薄くしたもので、こ
の場合は、第１誘電体２０ａと第２誘電体２０ｂは同じ
物質でもよい。
するための要部概略構成図で、この図４に示した実施例
は、電極中央部付近の第１誘電体２０ａの厚さよりも電
極端部の第２誘電体２０ｂの厚さを薄くしたもので、こ
の場合は、第１誘電体２０ａと第２誘電体２０ｂは同じ
物質でもよい。
【００１９】図５は、放電を回避するために有効な電極
形状を示すもので、図５（Ａ）はヘッドの長手方向の断
面構造を概略的に示し、図５（Ｂ）に示すように、電極
取出部２１の反対側の電極の端部（Ｂ部）が矩形状であ
ると、このＢ端部（Ｂ部）に電界が集中し放電が生じや
すい。そこで、この部分（Ｂ部）を、図６（Ｃ）にＣに
て示すように、曲線状にすることにより放電が生じにく
くなり、静電力をより安定して得ることが可能になる。
なお、以上の説明で第２の電極１８に誘電体２０を形成
する構成のみをあげたが、図６に示すように、誘電体２
０を第１電極１６に設けることもできるし、両方の電極
に設けてもよい。
形状を示すもので、図５（Ａ）はヘッドの長手方向の断
面構造を概略的に示し、図５（Ｂ）に示すように、電極
取出部２１の反対側の電極の端部（Ｂ部）が矩形状であ
ると、このＢ端部（Ｂ部）に電界が集中し放電が生じや
すい。そこで、この部分（Ｂ部）を、図６（Ｃ）にＣに
て示すように、曲線状にすることにより放電が生じにく
くなり、静電力をより安定して得ることが可能になる。
なお、以上の説明で第２の電極１８に誘電体２０を形成
する構成のみをあげたが、図６に示すように、誘電体２
０を第１電極１６に設けることもできるし、両方の電極
に設けてもよい。
【００２０】〔実施例１〕図１に示す誘電体２０を設け
る前に実験をした。基板１２としては、厚さ１［ｍｍ］
のパイレックスガラスを用い、ギャップを形成する部分
のみを開口したレジストパターンを用いて基板１２をエ
ッチングして基板１２上に溝状の段差（凹部１７）を設
けた。次に、この溝部（凹部１７）にスパッタ法にてＮ
ｉ薄膜を第２電極１８として設けた。ここで、ガラスの
溝幅は幅約２５０［μｍ］、深さ約０.６［μｍ］、第
２電極１８の幅は約２２０［μｍ］、厚み約０.１［μ
ｍ］とした。振動板１４は、Ｓｉ（１００）をＫＯＨ水
溶液を用いてエッチングを行うことにより形成し、板厚
が約１０［μｍ］になるようにした。次に、基板１２上
の電極位置と振動板１４の位置を正確に位置決めして、
両者を陽極接合により接合し、約０.５［μｍ］のギャ
ップを形成した。第１電極１６としては振動板裏面に金
属層をコートしてもよいが、本実施例では振動板１４が
半導体のＳｉであるため、振動板１４で第１電極１６を
兼用した。このような構成で、第１電極１６と第２電極
１８の間に電圧を印加したところ、十分な変位を得る前
にショートすることが頻発し、安定して振動板１４を駆
動することができなかった。
る前に実験をした。基板１２としては、厚さ１［ｍｍ］
のパイレックスガラスを用い、ギャップを形成する部分
のみを開口したレジストパターンを用いて基板１２をエ
ッチングして基板１２上に溝状の段差（凹部１７）を設
けた。次に、この溝部（凹部１７）にスパッタ法にてＮ
ｉ薄膜を第２電極１８として設けた。ここで、ガラスの
溝幅は幅約２５０［μｍ］、深さ約０.６［μｍ］、第
２電極１８の幅は約２２０［μｍ］、厚み約０.１［μ
ｍ］とした。振動板１４は、Ｓｉ（１００）をＫＯＨ水
溶液を用いてエッチングを行うことにより形成し、板厚
が約１０［μｍ］になるようにした。次に、基板１２上
の電極位置と振動板１４の位置を正確に位置決めして、
両者を陽極接合により接合し、約０.５［μｍ］のギャ
ップを形成した。第１電極１６としては振動板裏面に金
属層をコートしてもよいが、本実施例では振動板１４が
半導体のＳｉであるため、振動板１４で第１電極１６を
兼用した。このような構成で、第１電極１６と第２電極
１８の間に電圧を印加したところ、十分な変位を得る前
にショートすることが頻発し、安定して振動板１４を駆
動することができなかった。
【００２１】次に、振動板１４を基板１２に接合する前
に、第２電極１８の上に厚さ０.１［μｍ］の誘電体２
０としてのＳｉＯ2層をスパッタ法で製膜した。図１に
示すように振動板１４と接合して電圧を印加したとこ
ろ、ショートの頻度は減り、約５０［Ｖ］の電圧で約
０.１［μｍ］の変位を得ることができた。更に、先に
示した式ｄ−ｔ＝δを満たすようにＳｉＯ2の膜厚を約
０.４［μｍ］にしたところ、ショートする現象はほぼ
なくなり、同じ０.１［μｍ］の変位量を得るための電
圧が約２０［％］減少した。本実施例のような微小ギャ
ップで静電力を安定に得るためには、電極形状も重要で
ある。電極間ギャップが０.５［μｍ］で誘電体を全く
設けない条件で、電極端部を図５（Ｂ）に示したような
矩形状にした場合と図５（Ｃ）に示したように角部を丸
めた形状にした場合でショートする確率を比較したとこ
ろ、図５（Ｃ）の構成の場合の方が若干ではあるが確率
が低い結果を得た。
に、第２電極１８の上に厚さ０.１［μｍ］の誘電体２
０としてのＳｉＯ2層をスパッタ法で製膜した。図１に
示すように振動板１４と接合して電圧を印加したとこ
ろ、ショートの頻度は減り、約５０［Ｖ］の電圧で約
０.１［μｍ］の変位を得ることができた。更に、先に
示した式ｄ−ｔ＝δを満たすようにＳｉＯ2の膜厚を約
０.４［μｍ］にしたところ、ショートする現象はほぼ
なくなり、同じ０.１［μｍ］の変位量を得るための電
圧が約２０［％］減少した。本実施例のような微小ギャ
ップで静電力を安定に得るためには、電極形状も重要で
ある。電極間ギャップが０.５［μｍ］で誘電体を全く
設けない条件で、電極端部を図５（Ｂ）に示したような
矩形状にした場合と図５（Ｃ）に示したように角部を丸
めた形状にした場合でショートする確率を比較したとこ
ろ、図５（Ｃ）の構成の場合の方が若干ではあるが確率
が低い結果を得た。
【００２２】〔実施例２〕図２に示す誘電体２０を設け
る前に、次の実験をした。実施例１と同様に、基板１２
としては、厚さ１［ｍｍ］のパイレックスガラスを用
い、ギャップを形成する部分のみを開口したレジストパ
ターンを用いて基板１２をエッチングして基板上に溝状
の段差（凹部１７）を設けた。次に、この溝部（凹部１
７）にスパッタ法にてＡ１薄膜を第２電極１８として設
けた。ここで、ガラスの溝幅は幅約２５０［μｍ］、深
さ約０.９［μｍ］、第２電極１８の幅は約２２０［μ
ｍ］、厚み約０.１［μｍ］とした。振動板は、Ｓｉ
（１１０）をＫＯＨ水溶液を用いてエッチングを行うこ
とにより形成し、板厚が約１０［μｍ］になるようにし
た。次に、基板１２の電極位置と振動板１４の位置を正
確に位置決めして、両者を陽極接合により接合し、約
０.８［μｍ］のギャップを形成した。この場合におい
ても、振動板１４が半導体のＳｉであるため、振動板１
４で第１電極１６を兼用した。このような構成で、第１
電極１６と第２電極１８の間に周波数１.０［ｋＨ
ｚ］、大きさ８０［Ｖ］のパルス電圧を印加したとこ
ろ、初期的には振動板１４の振動を得ることができた。
しかし、長時間連続で駆動したところ、振動が次第に不
安定になり、遂には振動しなくなってしまった。そこ
で、別の実験で電極に流れる電流をモニターしたとこ
ろ、時折放電によるものと思われるスパイク状の電流が
観測された。この状態を放置することにより、だんだん
電極が剥離していき最終的には断線に近い状態になって
しまうことがわかった。
る前に、次の実験をした。実施例１と同様に、基板１２
としては、厚さ１［ｍｍ］のパイレックスガラスを用
い、ギャップを形成する部分のみを開口したレジストパ
ターンを用いて基板１２をエッチングして基板上に溝状
の段差（凹部１７）を設けた。次に、この溝部（凹部１
７）にスパッタ法にてＡ１薄膜を第２電極１８として設
けた。ここで、ガラスの溝幅は幅約２５０［μｍ］、深
さ約０.９［μｍ］、第２電極１８の幅は約２２０［μ
ｍ］、厚み約０.１［μｍ］とした。振動板は、Ｓｉ
（１１０）をＫＯＨ水溶液を用いてエッチングを行うこ
とにより形成し、板厚が約１０［μｍ］になるようにし
た。次に、基板１２の電極位置と振動板１４の位置を正
確に位置決めして、両者を陽極接合により接合し、約
０.８［μｍ］のギャップを形成した。この場合におい
ても、振動板１４が半導体のＳｉであるため、振動板１
４で第１電極１６を兼用した。このような構成で、第１
電極１６と第２電極１８の間に周波数１.０［ｋＨ
ｚ］、大きさ８０［Ｖ］のパルス電圧を印加したとこ
ろ、初期的には振動板１４の振動を得ることができた。
しかし、長時間連続で駆動したところ、振動が次第に不
安定になり、遂には振動しなくなってしまった。そこ
で、別の実験で電極に流れる電流をモニターしたとこ
ろ、時折放電によるものと思われるスパイク状の電流が
観測された。この状態を放置することにより、だんだん
電極が剥離していき最終的には断線に近い状態になって
しまうことがわかった。
【００２３】そこで、図２に示すように、振動板１４を
基板１２に接合する前に、第２電極１８上の中央部に２
００［μｍ］幅で厚さ０.５［μｍ］の誘電体２０とし
てのＴｉＯ2層を真空蒸着法で製膜した。振動板１４と
接合して前と同様にパルス駆動したところ、約４０
［Ｖ］の電圧で先と同程度の大きさの振動変位を得るこ
とができ、連続駆動に対しても安定した振動を得ること
ができた。この結果は、ＴｉＯ2層を電極中央部付近に
厚く設けたため、電界が電界中央部付近に集中し、放電
が生じやすい電極端部の電界強度が弱まったため考えら
れる。また、同じ変位量を得るための電圧値が小さくな
ったことについては、ＴｉＯ2の比誘電率が大きい（文
献値では５０以上）ために、理論的にＴｉＯ2層の厚み
が薄くなる効果となり、ギャップが実質の電極間距離よ
り小さくなったものと考えられる。
基板１２に接合する前に、第２電極１８上の中央部に２
００［μｍ］幅で厚さ０.５［μｍ］の誘電体２０とし
てのＴｉＯ2層を真空蒸着法で製膜した。振動板１４と
接合して前と同様にパルス駆動したところ、約４０
［Ｖ］の電圧で先と同程度の大きさの振動変位を得るこ
とができ、連続駆動に対しても安定した振動を得ること
ができた。この結果は、ＴｉＯ2層を電極中央部付近に
厚く設けたため、電界が電界中央部付近に集中し、放電
が生じやすい電極端部の電界強度が弱まったため考えら
れる。また、同じ変位量を得るための電圧値が小さくな
ったことについては、ＴｉＯ2の比誘電率が大きい（文
献値では５０以上）ために、理論的にＴｉＯ2層の厚み
が薄くなる効果となり、ギャップが実質の電極間距離よ
り小さくなったものと考えられる。
【００２４】〔実施例３〕本発明の第３の実施例を図６
に基づいて説明する。実施例１、実施例２と同様に、基
板１２としては、厚さ１［ｍｍ］のパイレックスガラス
を用い、ギャップを形成する部分のみを開口したレジス
トパターンを用いて基板１２をエッチングして基板上に
深さ約１［μｍ］の溝状の段差（凹部１７）を設けた。
次に、この溝部（凹部１７）の電極を形成しない部分を
フォトレジストでマスクした後、全面に電極材料のＰｔ
／Ｔｉを積層製膜し、最後にアセトン＋超音波にてリフ
ト・オフを行い厚さ約０.１［μｍ］の第２電極１８を
設けた。ここで、ガラスの溝幅は幅約２５０［μｍ］、
第２電極１８の幅は約２２０［μｍ］とした。振動板１
４は、ＺｒＯ2をスクリーン印刷法により堆積した後焼
成する方法で板厚が約１０［μｍ］になるように形成し
た。次に、振動板１４の裏面に同様の方法で第１電極１
６としてのＰｔ電極と第１誘電体２０ａとしてのＰＺＴ
層を形成した。ここで、Ｐｔ電極の幅は、約２２０［μ
ｍ］、厚さは約０.１［μｍ］とした。また、ＰＺＴ層
の幅は約２００［μｍ］とし、厚さは約０.６［μｍ］
とした。その後、更に、第１電極１６の端部にスパッタ
法により第２誘電体２０ｂとしてのＴａ２０５薄膜を厚
さ０.２［μｍ］形成した。最後に基板１２上の電極位
置と振動板１４上の電極位置を正確に位置決めして、両
者をガラス封着法により接合し、図６のような構成のギ
ャップを形成した。
に基づいて説明する。実施例１、実施例２と同様に、基
板１２としては、厚さ１［ｍｍ］のパイレックスガラス
を用い、ギャップを形成する部分のみを開口したレジス
トパターンを用いて基板１２をエッチングして基板上に
深さ約１［μｍ］の溝状の段差（凹部１７）を設けた。
次に、この溝部（凹部１７）の電極を形成しない部分を
フォトレジストでマスクした後、全面に電極材料のＰｔ
／Ｔｉを積層製膜し、最後にアセトン＋超音波にてリフ
ト・オフを行い厚さ約０.１［μｍ］の第２電極１８を
設けた。ここで、ガラスの溝幅は幅約２５０［μｍ］、
第２電極１８の幅は約２２０［μｍ］とした。振動板１
４は、ＺｒＯ2をスクリーン印刷法により堆積した後焼
成する方法で板厚が約１０［μｍ］になるように形成し
た。次に、振動板１４の裏面に同様の方法で第１電極１
６としてのＰｔ電極と第１誘電体２０ａとしてのＰＺＴ
層を形成した。ここで、Ｐｔ電極の幅は、約２２０［μ
ｍ］、厚さは約０.１［μｍ］とした。また、ＰＺＴ層
の幅は約２００［μｍ］とし、厚さは約０.６［μｍ］
とした。その後、更に、第１電極１６の端部にスパッタ
法により第２誘電体２０ｂとしてのＴａ２０５薄膜を厚
さ０.２［μｍ］形成した。最後に基板１２上の電極位
置と振動板１４上の電極位置を正確に位置決めして、両
者をガラス封着法により接合し、図６のような構成のギ
ャップを形成した。
【００２５】上記の構成で、第１電極１６と第２電極１
８の間にパルス電圧を印加して振動評価を行ったとこ
ろ、実施例２よりも更に低電圧で同等の変位を得ること
ができた。これは主に、強誘電体を第１誘電体として用
いたことと電極中央部の空気層が実施例２よりも薄いこ
との相乗効果によるものである。また、本実施例では、
第２誘電体２０ｂとして第１誘電体２０ａよりも誘電率
が小さい誘電体を用いたので電界が電極中央部付近に集
中し、有効に放電の危険性を緩和することができる。ま
た、電極端部にも第２誘電体２０ｂを形成したので電極
からの電子の放出を抑制する効果が生じ、放電回避にさ
らに有効である。電子の放出抑制が目的であるので、こ
の第２誘電体２０ｂは厚い必要がなく、逆に薄く形成し
た方が電極端部での電界が弱まるので有効である。
８の間にパルス電圧を印加して振動評価を行ったとこ
ろ、実施例２よりも更に低電圧で同等の変位を得ること
ができた。これは主に、強誘電体を第１誘電体として用
いたことと電極中央部の空気層が実施例２よりも薄いこ
との相乗効果によるものである。また、本実施例では、
第２誘電体２０ｂとして第１誘電体２０ａよりも誘電率
が小さい誘電体を用いたので電界が電極中央部付近に集
中し、有効に放電の危険性を緩和することができる。ま
た、電極端部にも第２誘電体２０ｂを形成したので電極
からの電子の放出を抑制する効果が生じ、放電回避にさ
らに有効である。電子の放出抑制が目的であるので、こ
の第２誘電体２０ｂは厚い必要がなく、逆に薄く形成し
た方が電極端部での電界が弱まるので有効である。
【００２６】
【発明の効果】請求項１の発明の効果：請求項１記載の
インクジェットヘッドによれば、液室を変形させてイン
クを吐出する静電力アクチュエータの第１の電極と第２
の電極の間に誘電体を介在させたので、所望の静電力を
得るために電圧の増加を伴わずに電極間距離を大きくす
ると共に有効に放電を回避することができる。
インクジェットヘッドによれば、液室を変形させてイン
クを吐出する静電力アクチュエータの第１の電極と第２
の電極の間に誘電体を介在させたので、所望の静電力を
得るために電圧の増加を伴わずに電極間距離を大きくす
ると共に有効に放電を回避することができる。
【００２７】請求項２の発明の効果：請求項２記載のイ
ンクジェットヘッドによれば、第１の電極と第２の電極
の間隔ｄと誘電体の厚さｔと振動板の変位δの関係を略
ｄ−ｔ＝δとしたので、所望の静電力を得るために電圧
の増加を伴わずに電極間距離を大きくすると共に有効に
放電を回避することができる。
ンクジェットヘッドによれば、第１の電極と第２の電極
の間隔ｄと誘電体の厚さｔと振動板の変位δの関係を略
ｄ−ｔ＝δとしたので、所望の静電力を得るために電圧
の増加を伴わずに電極間距離を大きくすると共に有効に
放電を回避することができる。
【００２８】請求項３の発明の効果：請求項３記載のイ
ンクジェットヘッドによれば、第１の電極と第２の電極
のいずれか一方あるいは両方の対向面の中央部付近のみ
に誘電体を設けたので、電極間に放電が生じにくく且つ
振動板の変形に最も効果的な電極の中央部に電界を集中
させることができる。
ンクジェットヘッドによれば、第１の電極と第２の電極
のいずれか一方あるいは両方の対向面の中央部付近のみ
に誘電体を設けたので、電極間に放電が生じにくく且つ
振動板の変形に最も効果的な電極の中央部に電界を集中
させることができる。
【００２９】請求項４の発明の効果：請求項４記載のイ
ンクジェットヘッドによれば、第１の電極と第２の電極
のいずれか一方あるいは両方の対向面の中央部付近に第
１の誘電体を設け、端部付近に第２の誘電体を設け、第
１の誘電体の誘電率ε１と第２の誘電体の誘電率ε２の
関係がε１＞ε２であるので、電極間に放電が生じにく
く且つ振動板の変形に最も効果的な電極の中央部に電界
を集中させることができる。
ンクジェットヘッドによれば、第１の電極と第２の電極
のいずれか一方あるいは両方の対向面の中央部付近に第
１の誘電体を設け、端部付近に第２の誘電体を設け、第
１の誘電体の誘電率ε１と第２の誘電体の誘電率ε２の
関係がε１＞ε２であるので、電極間に放電が生じにく
く且つ振動板の変形に最も効果的な電極の中央部に電界
を集中させることができる。
【００３０】請求項５の発明の効果：請求項５記載のイ
ンクジェットヘッドによれば、第１の電極と第２の電極
のいずれか一方あるいは両方の対向面の中央部付近に第
１の誘電体を設け、端部付近に第２の誘電体を設け、第
１の誘電体の厚みｔ１と第２の誘電体の厚みｔ２の関係
がｔ１＞ｔ２であるので、電極間に放電が生じにくく且
つ振動板の変形に最も効果的な電極の中央部に電界を集
中させることができる。
ンクジェットヘッドによれば、第１の電極と第２の電極
のいずれか一方あるいは両方の対向面の中央部付近に第
１の誘電体を設け、端部付近に第２の誘電体を設け、第
１の誘電体の厚みｔ１と第２の誘電体の厚みｔ２の関係
がｔ１＞ｔ２であるので、電極間に放電が生じにくく且
つ振動板の変形に最も効果的な電極の中央部に電界を集
中させることができる。
【００３１】請求項６の発明の効果：請求項６記載のイ
ンクジェットヘッドによれば、第１の電極と第２の電極
の少なくとも一方の対向電極に対する投影形状の一部が
曲面になっているので、電極端部等に電界集中が生じに
くくなる。
ンクジェットヘッドによれば、第１の電極と第２の電極
の少なくとも一方の対向電極に対する投影形状の一部が
曲面になっているので、電極端部等に電界集中が生じに
くくなる。
【図１】 本発明による静電力型インクジェット記録装
置の一実施形態を説明するための要部概略構成図であ
る。
置の一実施形態を説明するための要部概略構成図であ
る。
【図２】 本発明の他の実施形態を説明するための要部
概略構成図である。
概略構成図である。
【図３】 本発明の更に他の実施形態を説明するための
要部概略構成図である。
要部概略構成図である。
【図４】 本発明の更に他の実施形態を説明するための
要部概略構成図である。
要部概略構成図である。
【図５】 放電を回避するために有効な電極形状を示す
図である。
図である。
【図６】 本発明の更に他の実施形態を説明するための
要部概略構成図である。
要部概略構成図である。
【図７】 静電力型インクジェット記録装置の一例を説
明するための要部概略構成図である。
明するための要部概略構成図である。
１１…上基板、１２…下基板、１３…液室、１４…振動
板、１５…ノズル、１６…第１電極、１７…凹部（溝
部）、１８…第２電極、２０，２０ａ，２０ｂ…誘電
体。
板、１５…ノズル、１６…第１電極、１７…凹部（溝
部）、１８…第２電極、２０，２０ａ，２０ｂ…誘電
体。
Claims (6)
- 【請求項１】 ノズルを有する液室の一部に形成された
振動板と、該振動板に設けられた第１の電極と、該第１
の電極と微小間隔隔てて対向して設けられた第２の電極
とを有し、該第１の電極と第２の電極との間に静電力を
作用させて前記振動板を変形させて前記ノズルからイン
クを吐出させて記録を行う液体噴射記録装置において、
前記第１の電極と前記第２の電極の間に誘電体を介在さ
せたことを特徴とする液体噴射記録装置。 - 【請求項２】 前記第１の電極と第２の電極の間隔ｄと
前記誘電体の厚さｔと前記振動板の変位δの関係が略ｄ
−ｔ≒δであることを特徴とする請求項１記載の液体噴
射記録装置。 - 【請求項３】 前記第１の電極と第２の電極のいずれか
一方あるいは両方の対向面の中央部付近のみに誘電体を
有することを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射
記録装置。 - 【請求項４】 前記第１の電極と第２の電極のいずれか
一方あるいは両方の対向面の中央部付近に第１の誘電体
を有し、端部付近に第２の誘電体を有し、該第１の誘電
体の誘電率ε１と第２の誘電体の誘電率ε２の関係がε
１＞ε２であることを特徴とする請求項１又は２記載の
液体噴射記録装置。 - 【請求項５】 前記第１の電極と第２の電極のいずれか
一方あるいは両方の対向面の中央部付近に第１の誘電体
を有し、端部付近に第２の誘電体を有し、前記第１の誘
電体の厚みｔ１と第２の誘電体の厚みｔ２の関係がｔ１
＞ｔ２であることを特徴とする請求項１又は２記載の液
体噴射記録装置。 - 【請求項６】 前記第１の電極と第２の電極の少なくと
も一方の対向電極に対する投影形状の一部が曲面である
ことを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射記録装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30467297A JPH11138794A (ja) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | 液体噴射記録装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30467297A JPH11138794A (ja) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | 液体噴射記録装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11138794A true JPH11138794A (ja) | 1999-05-25 |
Family
ID=17935844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30467297A Pending JPH11138794A (ja) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | 液体噴射記録装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11138794A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008284824A (ja) * | 2007-05-21 | 2008-11-27 | Seiko Epson Corp | 静電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッド |
| JP2013028175A (ja) * | 2012-09-28 | 2013-02-07 | Seiko Epson Corp | 静電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッド |
| JP2013047008A (ja) * | 2006-04-03 | 2013-03-07 | Xaar Technology Ltd | 液滴射出装置 |
-
1997
- 1997-11-06 JP JP30467297A patent/JPH11138794A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013047008A (ja) * | 2006-04-03 | 2013-03-07 | Xaar Technology Ltd | 液滴射出装置 |
| JP2013049274A (ja) * | 2006-04-03 | 2013-03-14 | Xaar Technology Ltd | 液滴射出装置 |
| US8523332B2 (en) | 2006-04-03 | 2013-09-03 | Xaar Technology Limited | Droplet deposition apparatus |
| JP2015166176A (ja) * | 2006-04-03 | 2015-09-24 | ザール テクノロジー リミテッド | 液滴射出装置 |
| JP2008284824A (ja) * | 2007-05-21 | 2008-11-27 | Seiko Epson Corp | 静電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッド |
| JP2013028175A (ja) * | 2012-09-28 | 2013-02-07 | Seiko Epson Corp | 静電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッド |
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